主動(dòng)配電網(wǎng)供電質(zhì)量控制

1、主動(dòng)配電網(wǎng)供電質(zhì)量控制程 林清華大學(xué)電機(jī)工程與電子技術(shù)系2016年9月22日目錄2背景意義一供電質(zhì)量整體控制策略二電壓暫降及短時(shí)中斷的快速檢測(cè)三殘壓支撐及切換策略研究四有源快速切換檢測(cè)試驗(yàn)五主要成果與結(jié)論六主動(dòng)配電電網(wǎng)特征征主動(dòng)配電網(wǎng)(Active Distribution Network，ADN)，即內(nèi)部具有分布式或分散式能源且具有控制和運(yùn)行能力的配電網(wǎng)。輸電網(wǎng)絡(luò)高壓配網(wǎng)110kVGGGG中壓配網(wǎng)35/10kV低壓配網(wǎng)0.4kV負(fù)荷負(fù)荷主動(dòng)配電網(wǎng)MG微網(wǎng)光伏儲(chǔ)能冷熱點(diǎn)三聯(lián)供風(fēng)力發(fā)電具備一定定比例的的分布式式可控資資源網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋼淇伸`活活調(diào)節(jié)的的配電網(wǎng)網(wǎng)較為完善善的可觀觀可控水水平實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)調(diào)優(yōu)化

2、管管理的管管控中心心區(qū)別于被被動(dòng)配電電網(wǎng)的四個(gè)主要要特征3背景和意意義5個(gè)“9”，6個(gè)“9”是否可以滿足負(fù)荷連續(xù)供電的要求？美國(guó)能源部表示“今天的電力可靠性99.97%，仍然有停電和中斷，每年至少要花費(fèi)7500億美元?！?011年北京電網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)平均停停電時(shí)間間為1.58小時(shí)，供電可靠靠率為99.982%,；2011年新加坡電網(wǎng)停電電時(shí)間為為0.28分鐘，供電可可靠性指指標(biāo)已達(dá)達(dá)到99.99994673%；2009年日本東京電網(wǎng)停電電時(shí)間為為2分鐘，供電可可靠性指指標(biāo)已達(dá)達(dá)到99.999619%；2007年法國(guó)巴黎電網(wǎng)停電電時(shí)間為為10分鐘，供電可可靠性指指標(biāo)已達(dá)達(dá)到99.998%?，F(xiàn)代電網(wǎng)網(wǎng)的

3、可靠靠性已達(dá)達(dá)到很高高的水平平據(jù)LeonardoEnergy（電力文文獻(xiàn)網(wǎng)站站）對(duì)歐歐洲8個(gè)國(guó)家的的電能質(zhì)質(zhì)量調(diào)查查，在工工業(yè)等領(lǐng)領(lǐng)域，電電能質(zhì)量量每年大大概造成成損失超過150億英鎊，而其中中60%的損失是是由于電電壓暫降降或短時(shí)時(shí)停電（shortinterruption）引起的2008.5.3下午4時(shí)35分，韓國(guó)國(guó)麗水國(guó)國(guó)家產(chǎn)業(yè)業(yè)園區(qū)內(nèi)內(nèi)五家大大型石油油化工廠廠發(fā)生了了停電兩兩秒鐘左左右的事事故，造造成了近200億韓元的損失。事故原原因是韓韓華石油油化工廠廠內(nèi)的避避雷器故故障。電壓暫降降與短時(shí)時(shí)中斷的的危害背景與意意義電力系統(tǒng)統(tǒng)可靠性性的定義義：向用用戶提供供合格的的、連續(xù)的電能的能能力。

4、當(dāng)前評(píng)估估停電范范圍：分分鐘級(jí)及及以上供電質(zhì)量量=可靠性+電能質(zhì)量量統(tǒng)一考考慮供電質(zhì)量量評(píng)估、供電質(zhì)量量控制需要拓展可靠性評(píng)估范疇！IEEE Std1159-2011中，電壓壓驟降（VoltageSag）：電壓驟降降是供電電系統(tǒng)中中某點(diǎn)的的工頻電電壓有效效值突然然下降至至額定值值的10%-90%，并在隨隨后的0.5個(gè)工頻電電壓周期期至1min的短暫持持續(xù)期后后恢復(fù)正正常的現(xiàn)象。IEEE Std1159-2011中，瞬時(shí)中斷斷（MomentaryInterruption）：一相或三三相工頻頻電壓有有效值下下降至接接近于零零（低于額定定電壓10%），持續(xù)續(xù)時(shí)間在在0.5個(gè)工頻電電壓周期期至3s之間

5、的短短時(shí)變化化。IEEE Std1159-2011中，暫時(shí)時(shí)中斷（TemporaryInterruption）：一相或三三相工頻頻電壓有有效值下下降至至至接近于于零（低于額定定電壓10%），持續(xù)續(xù)時(shí)間在在3s至1min之間的短短時(shí)變化。GB/T 30137-2013對(duì)電壓暫暫降與短短時(shí)中斷斷的定義義參照了了IEEE Std1159-2011.DL/T8362012供電系系統(tǒng)用戶戶供電可可靠性評(píng)評(píng)價(jià)規(guī)程程中，短時(shí)中斷（shortinterruption） ：持持續(xù)停電電時(shí)間小于等于于3min的停電。美國(guó)2003年發(fā)布的的供電可可靠性標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE1366-2012)中將小于于5 min的供電中

6、中斷稱為為短時(shí)中斷。2001年英國(guó)電電力監(jiān)管管委員會(huì)會(huì)發(fā)布的的供電質(zhì)質(zhì)量監(jiān)管管條例將將持續(xù)停停電的歷歷時(shí)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)定為1 min，后來為為鼓勵(lì)供供電公司司采用自自動(dòng)化技技術(shù)提高高供電可可靠性，將標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)調(diào)整為為3 min，因?yàn)樵谠跇?biāo)準(zhǔn)定定為1 min的這段期期間內(nèi)，供電企企業(yè)因缺缺少適用用的技術(shù)術(shù)而放棄棄改進(jìn)措措施。背景與意意義相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)和定義義背景與意意義負(fù)荷需求現(xiàn)代負(fù)荷荷分類是是根據(jù)供供電質(zhì)量量波動(dòng)對(duì)對(duì)其影響響程度一一般分為為普通負(fù)負(fù)荷、敏敏感負(fù)荷荷、嚴(yán)格格負(fù)荷3類為了分析析研究短短時(shí)停電電對(duì)用戶戶負(fù)荷的的影響，按短時(shí)時(shí)停電持持續(xù)時(shí)間間對(duì)負(fù)荷荷的影響響程度劃劃為4類類：一般敏感感負(fù)荷，分鐘級(jí)級(jí)的

7、短時(shí)時(shí)停電就就會(huì)對(duì)用用電負(fù)荷荷造成影影響和危危害；二是敏感負(fù)荷荷，秒級(jí)的的短時(shí)停停電就會(huì)會(huì)對(duì)用電電負(fù)荷造造成影響響和危害害；三是特別敏感感負(fù)荷，（周波波級(jí)，幾幾十幾幾百ms）就會(huì)會(huì)對(duì)用電電負(fù)荷造造成影響響和危害害；四是嚴(yán)格負(fù)荷荷，（毫秒秒級(jí)，0.02s內(nèi)）就會(huì)對(duì)對(duì)用電負(fù)負(fù)荷造成成影響和和危害。7典型敏感負(fù)荷電壓耐受曲線開關(guān)電源：20ms靈敏電壓繼電器：25ms 電動(dòng)機(jī)群：30ms 變頻設(shè)備：20ms可容忍凹陷寬度特別敏感感負(fù)荷電電壓耐受受曲線主動(dòng)配電電網(wǎng)對(duì)供供電質(zhì)量量新需求求背景與意意義20ms1s1min嚴(yán)格負(fù)荷特別敏感負(fù)荷敏感負(fù)荷一般敏感負(fù)荷停電持續(xù)時(shí)間0場(chǎng)館照明明半導(dǎo)體行行業(yè)石化行業(yè)通信

8、行業(yè)汽車制造造業(yè)橡膠塑料制造業(yè)紡織業(yè)玻璃制造造工業(yè)公共機(jī)構(gòu)構(gòu)大量的分布式電電源接入入對(duì)電網(wǎng)供供電質(zhì)量量提出高高要求應(yīng)對(duì)量大大面廣的的迫切需需求可以提出出接入新新標(biāo)準(zhǔn)和和新要求求主動(dòng)配電電網(wǎng)即插即用用、友好接接入需要經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)級(jí)解決方案案背景與意意義20ms1s1min嚴(yán)格負(fù)荷特別敏感負(fù)荷敏感負(fù)荷一般敏感負(fù)荷停電持續(xù)時(shí)間0如何解決？動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器（DVR）不間斷電源（UPS）采用電力電子固態(tài)開關(guān)的快速切換裝置（SSTS）用戶治理3s電網(wǎng)自愈備自投網(wǎng)側(cè)治理背景與意意義動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器（DVR）不間斷電源（UPS）采用電力電子固態(tài)開關(guān)的快速切換裝置（SSTS）20ms1s1min嚴(yán)格負(fù)荷特別敏感負(fù)荷敏

9、感負(fù)荷一般敏感負(fù)荷停電持續(xù)時(shí)間0優(yōu)點(diǎn)：可以完美滿足負(fù)荷個(gè)體的需求缺點(diǎn)：儲(chǔ)能成本、電力電子在大容量、高電壓等級(jí)應(yīng)用瓶頸，無法實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的治理核心的困難：經(jīng)濟(jì)性背景與意意義20ms1s1min嚴(yán)格負(fù)荷特別敏感負(fù)荷敏感負(fù)荷一般敏感負(fù)荷停電持續(xù)時(shí)間03s電網(wǎng)自愈備自投故障檢測(cè)速度不足普通斷路器動(dòng)作速度有限切換過程中殘壓支撐缺乏保障面臨問題研究?jī)?nèi)容容緊迫問題題如何定位位電網(wǎng)薄薄弱環(huán)節(jié)節(jié)，確定定治理對(duì)對(duì)象及治治理方案案？如何從網(wǎng)網(wǎng)側(cè)經(jīng)濟(jì)濟(jì)、可靠靠地滿足足停電承承受時(shí)間間要求在在20ms-3s間的用戶戶的需求求？如何提升切換方案的故障檢測(cè)速度？如何在切換過程中維持母線電壓？應(yīng)采取怎樣的切換策略？供電質(zhì)量整體控

10、制策略電壓暫降及短時(shí)中斷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基于快速切換的治理措施電壓暫降及短時(shí)中斷的快速檢測(cè)故障區(qū)域識(shí)別電壓幅值快速檢測(cè)殘壓支撐及切換策略研究殘壓支撐特性切換策略研究?jī)?nèi)容目錄14背景意義一供電質(zhì)量整體控制策略二電壓暫降及短時(shí)中斷的快速檢測(cè)三殘壓支撐及切換策略研究四有源快速切換檢測(cè)試驗(yàn)五主要成果與結(jié)論六供電質(zhì)量量整體控控制策略略控制流程程供電質(zhì)量量整體控控制策略略殘壓幅值值70%80%90%20 ms0.5 s10 s持續(xù)時(shí)間間0%拐點(diǎn)時(shí)間拐點(diǎn)電壓暫降損失數(shù)據(jù)需求求負(fù)荷正常常運(yùn)行負(fù)荷受到到影響負(fù)荷需求求調(diào)研停運(yùn)判據(jù)：供電質(zhì)量量整體控控制策略略調(diào)研參數(shù)數(shù)：敏感負(fù)荷關(guān)聯(lián)故障直接故障短時(shí)中斷無關(guān)故障無影響電壓暫

11、降設(shè)備類型變壓器母線線路故障數(shù)據(jù)單相接地頻率故障隔離時(shí)間相間短路三相短路兩相接地暫降及中中斷調(diào)研研調(diào)研范圍圍：10kV-220kV運(yùn)行方式式發(fā)生變變化時(shí)，也會(huì)與與敏感負(fù)負(fù)荷存在在電氣聯(lián)聯(lián)系供電質(zhì)量量整體控控制策略略30%50%80%電壓凹陷陷域殘壓幅值30%50%80%持續(xù)時(shí)間0%電壓凹陷陷域計(jì)算算作用：通通過故障障掃描，獲得對(duì)對(duì)敏感負(fù)負(fù)荷的工工作造成成影響的的故障設(shè)設(shè)備集供電質(zhì)量量整體控控制策略略評(píng)估指標(biāo)標(biāo)：敏感負(fù)荷荷停運(yùn)頻頻率（次次/年）：期望負(fù)荷荷損失價(jià)值值（萬元/年）：線路故障障引起停停運(yùn)頻率率母線故障障引起停停運(yùn)頻率率變壓器故故障引起起停運(yùn)頻頻率敏感負(fù)荷荷單次停停運(yùn)損失失電壓暫降降與

12、短時(shí)時(shí)中斷可靠性性評(píng)估供電質(zhì)量量整體控控制策略略電壓暫降降與短時(shí)時(shí)中斷可可靠性評(píng)評(píng)估軟件件開發(fā)：電壓暫降降與短時(shí)時(shí)中斷可靠性性評(píng)估供電質(zhì)量量整體控控制策略略治理后的電壓幅值100%80%50% 0% 20ms持續(xù)時(shí)間 0.1s1s固態(tài)開關(guān)快速切換雙快開快分普合逆變器支撐快分普合同步機(jī)支撐普分普合同步機(jī)支撐普分普合逆變器支撐普通斷路器快速切換特別敏感負(fù)荷嚴(yán)格負(fù)荷敏感負(fù)荷治理方案案治理效果評(píng)評(píng)估供電質(zhì)量量整體控控制策略略一般負(fù)荷治理等效1 0持續(xù)時(shí)間可治理敏感負(fù)荷快速切換治理效果電壓幅值1 0持續(xù)時(shí)間間快速切換換治理效效果可局部治治理敏感感負(fù)荷電壓幅值1 0持續(xù)時(shí)間間敏感負(fù)荷1 0持續(xù)時(shí)間不可治理

13、敏感負(fù)荷快速切換治理效果電壓幅值1 0持續(xù)時(shí)間間敏感負(fù)荷電壓幅值有源快速速切換等效電壓壓耐受曲曲線電壓幅值不可治理可治理治理等效效治理等效效治理方案案治理效果評(píng)評(píng)估治理方案典型成本UPS$ 500/kVADVR（設(shè)計(jì)點(diǎn)電壓50%）$ 300/kVA固態(tài)開關(guān)（10MVA）$ 600,000快速轉(zhuǎn)換開關(guān)（10MVA）$ 150,000適合kVA級(jí)敏感負(fù)負(fù)荷適合MVA級(jí)敏感負(fù)負(fù)荷供電質(zhì)量量整體控控制策略略1DuganR C, McGranaghan MF,SantosoS,etal.Electricalpowersystems quality. 3rded.,McGrawHillProfession

14、al, 2012.治理成本本治理方案案經(jīng)濟(jì)性評(píng)估估供電質(zhì)量量整體控控制策略略敏感負(fù)荷拐點(diǎn)編號(hào)拐點(diǎn)時(shí)間（ms）拐點(diǎn)幅值（p.u.）1100.22500.43900.8敏感負(fù)荷拐點(diǎn)編號(hào)拐點(diǎn)時(shí)間（ms）拐點(diǎn)幅值（p.u.）1500.622000.8固態(tài)開關(guān)關(guān)快速開關(guān)DVR，普通開開關(guān)固態(tài)/快速開關(guān)關(guān)DVR(部分治理理)嚴(yán)格負(fù)荷，5MW特別敏感感負(fù)荷，5MW治理方案案選擇最佳方案最佳方案目錄25背景意義一供電質(zhì)量整體控制策略二電壓暫降及短時(shí)中斷的快速檢測(cè)三殘壓支撐及切換策略研究四有源快速切換檢測(cè)試驗(yàn)五主要成果與結(jié)論六電壓暫降降和短時(shí)時(shí)中斷的的快速檢檢測(cè)故障區(qū)域域識(shí)別區(qū)內(nèi)故障僅隔離，不切換區(qū)外故障隔離+

15、切換系統(tǒng)提供短路電流分布式能源倒送短路電流區(qū)內(nèi)區(qū)外外故障的的差異分布式能源倒送短路電流彈簧機(jī)構(gòu)構(gòu)普通斷斷路器電力電子子設(shè)備在在控制回回路中，無固態(tài)開開關(guān)在高高電壓、大功率率方面的的限制配電網(wǎng)快快速切換換裝置檢檢驗(yàn)（試試驗(yàn)）報(bào)告主要檢測(cè)試驗(yàn)驗(yàn)內(nèi)容動(dòng)熱穩(wěn)定性性檢測(cè)控制系統(tǒng)統(tǒng)EMC檢測(cè)切換速度度性能檢檢測(cè)耐受電壓壓、溫升升試驗(yàn)上級(jí)開關(guān)關(guān)誤跳時(shí)快速速切換效效果進(jìn)線短路路故障時(shí)時(shí)快速切切換效果果實(shí)際切換換效果控制器合閘指令備用電源進(jìn)線快速開關(guān)主觸頭合閘4.4ms短路故障控制器跳閘指令主電源進(jìn)線快速開關(guān)主觸頭分閘短路電流熄弧t01.8-2.2ms0-7ms5-6 ms6.2-6.8 ms13-15 ms切

16、換完成滿足停電電時(shí)間要要求在20ms-3s間的負(fù)荷荷要求目錄50背景意義一供電質(zhì)量整體控制策略二電壓暫降及短時(shí)中斷的快速檢測(cè)三殘壓支撐及切換策略研究四有源快速切換檢測(cè)試驗(yàn)五主要成果與結(jié)論六主要成果果與結(jié)論論提出了供電質(zhì)量量整體控控制策略略的流程程及風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)評(píng)估指指標(biāo)，可以為為治理方案案的選擇擇提供參考考。提出了基于有源快速速切換的網(wǎng)側(cè)治理理電壓暫降降和短時(shí)時(shí)中斷的的整套方方案，可可適用于于具有不不同敏感感度的敏敏感負(fù)荷荷的需求求。深入研究究了采用用渦流驅(qū)驅(qū)動(dòng)式快快速開關(guān)關(guān)的切換換方案中中的關(guān)鍵鍵技術(shù)問問題，包包括電壓暫降降及短時(shí)時(shí)中斷快快速檢測(cè)測(cè)、DER的殘壓支支撐、備備用電源源的合閘閘機(jī)理。對(duì)于有源源快速切切換的實(shí)實(shí)際效果果進(jìn)行了了第三方檢檢測(cè)試驗(yàn)驗(yàn)驗(yàn)證，為示范應(yīng)